[发明专利]由铝硅酸盐前体形成的低k值介电层

说明书

发明领域

本发明通常涉及半导体集成电路(IC)制造的领域。特别地，本发明涉及一种用于形成集成电路设备中的低k值介电材料的方法，和这样形成的材料。

发明背景

IC制造一般地涉及多层的顺序形成以形成单个集成设备。因为各层材料的性能允许它们固有地满足IC所需设备的性能标准或者因为它们的性能能够通过制造方法被改变使得它们满足那些标准，所以才选择它们。用于在IC设备内形成层的一种类型的材料是电介质。

介电材料是电绝缘体，其用于在IC内基本上电隔离导电层或特征。由使用给定介电材料的电容器所能存储的静电能量的量与使用真空作为其电介质的相同电容器所能存储的静电能量的量的比值被定义为其“相对介电常数”并且表示为该材料的“k”值。低k值介电材料可被看作介电常数(“k”值)低于二氧化硅的那些；SiO₂的k值为4.0-4.2。

由于随着每后续一代IC的开发晶体管栅极宽度的减小，降低互连延迟现在已经变得和降低晶体管转换频率以促进IC运行速度一样的重要。对互连延迟的两个主要贡献是用于电路导线的金属(一般是铝)的电阻和用于层间电介质(ILD)的电介质(一般是二氧化硅；SiO₂)的电容。

为改进在电路导线中的速度，铜，其电阻比铝大约低30％，已经在许多高性能IC设备中代替了铝。然而，在可容易地结合到IC设备中的金属中，铜具有最低的电阻率，导致减小了ILD介电常数，而这对于在互连延迟时间方面进一步的下降是重要的。

对于制造低k值ILD材料来说，已经确定了若干方法。已经使用的或者正积极研究的两种方法包括将碳引入SiO₂基质中(以制造掺杂碳的氧化硅，称为CDO、OSG、SiOCH或SiCOH)，和使ILD多孔化。这些技术降低了k值；然而它们还降低了ILD材料的密度和机械强度。结果，这些材料容易被在随后IC设备制造过程中给予ILD的应力所破坏。破坏可以包括穿过ILD的开裂，或分层(其中ILD层与IC设备中的一个或多个相邻层分离)。破坏可起因于在制造过程和正常使用中当IC设备经受热循环时由于ILD和相邻层之间不同的热膨胀系数(CTE)而给予ILD的热机械应力。低k值ILD材料的易碎性是在大体积IC制造中包含它们的一种障碍。

附图简述

图1a、1b和1c描述了用于形成二氧化硅介电层的前体的化学结构。

图2a描述了根据本发明实施方案的铝硅酸盐前体的一般性化学结构。

图2b和2c在实质上描述了根据本发明实施方案的铝硅酸盐前体的化学结构。

图3描述了集成电路衬底的一种实施方案，其包括具有形成在其上的许多集成电路设备的硅片，并且包括根据本发明实施方案的低k值介电层。[0011]图4是一幅示意图，其举例说明了根据本发明实施方案的集成电路设备的互连结构和介电层的剖视图。

图5是一幅框图，其举例说明了用铝硅酸盐前体形成低k值介电层的方法的实施方案。

图6描述了根据本发明实施方案的蚀刻终止材料。

发明详述

公开了使用一类在本文中被称作“铝硅酸盐”前体的含铝前体形成的薄膜层间电介质(ILD)材料的许多实施方案。在一种实施方案中，这些前体可提供具有较高机械强度(用弹性模量、硬度或结合强度表征)的低k值介电材料，与使用不含铝或其它金属原子的低k值硅基前体经由类似的方法或材料获得的相比(其典型实例示于图1a-1c中)。在这种实施方案中形成的介电材料的机械强度的增加可有助于降低由于物理或热应力而对集成电路设备造成的破坏(例如破裂)的发生率。这些应力是其中使用介电材料的IC设备制造过程和最终用途所固有的。

前体一般是一些过渡材料或最终材料之前的物质。在集成电路制造中，前体的一种使用涉及了可能被引入沉积过程并且可能在化学上或在结构上有助于材料形成的物质。前体的特征可基本上确定随后形成的材料的性能。

在本发明实施方案中所述的前体一般表现出在处理和存储过程中几乎没有或没有明显的安全风险，尽管可能存在着其中可能指出要另外小心的一些实施方案。另外，本发明的若干实施方案在室温下是液体，而在使其在正常工作状态和配置下适用于某些沉积过程的温度下汽化，如下文所要讨论的。